水泥穩(wěn)定碎石基層瀝青路面裂縫控制的研究
2015-07-15 
   前言

   水泥穩(wěn)定碎石基層由于它具有良好的穩(wěn)定性、耐用性等優(yōu)點(diǎn),而被廣泛運(yùn)用在公路與城市道路的建設(shè)上,成為我國應(yīng)用最為廣泛的一種半剛性的基層材料之一。[1]水泥穩(wěn)定碎石存在著缺點(diǎn),水泥穩(wěn)定碎石脆性大且抗變形能力弱,當(dāng)溫度和濕度發(fā)生變化的時(shí)候,就容易產(chǎn)生裂縫。裂縫的產(chǎn)生會導(dǎo)致路面的耐用性變?nèi)?,?qiáng)度降低,路面會出現(xiàn)不平整的現(xiàn)象,嚴(yán)重影響了路面的美觀和行車舒適性。綜合分析公路與城市道路水泥穩(wěn)定碎石基層的施工技術(shù)特點(diǎn),探析路面產(chǎn)生裂縫的原因,并從中提出有效防治裂縫的方法,保持路面的美觀度和行車舒適度,延長道路使用壽命。

   水泥穩(wěn)定碎石基層產(chǎn)生裂縫的原因

   2.1車輛重復(fù)性荷載引發(fā)裂縫。

   車輛反復(fù)性荷載性裂縫通常發(fā)生在基層的底部。在車輛重復(fù)荷載的過程中,基層面底部會發(fā)生拉應(yīng)力,當(dāng)拉應(yīng)力已經(jīng)超出所用材料的強(qiáng)度極限時(shí),水泥穩(wěn)定碎石基層的底部就會產(chǎn)生裂縫。車輛荷載重復(fù)作用下,水泥穩(wěn)定碎石基層的底部裂縫就會慢慢的擴(kuò)大并延伸到瀝青面層,路面就會顯現(xiàn)出裂痕。橫縣(那陽)至馬山二級公路工程竣工后,浦北交界至百合路段因超載超重車輛多,路面損壞率比超載超重車輛較少的百合至那陽路段較為嚴(yán)重。

   2.2材料溫度脹縮性導(dǎo)致裂縫。

    水泥穩(wěn)定碎石基層是一種半剛性質(zhì)的材料,是由水、膠凝料和集料混合后組成的。半剛性材料的脆性很大,對溫度具有很強(qiáng)的敏感度,容易產(chǎn)生溫度性裂縫。在溫度較低的情況下,水泥穩(wěn)定碎石材料就會產(chǎn)生膨脹收縮的反應(yīng),同時(shí)出現(xiàn)路面翹曲的現(xiàn)象。[2]當(dāng)水泥穩(wěn)定碎石材料上面的溫度較下面的溫度低時(shí),由于材料的深度不一樣,使得材料的收縮程度也不一樣,最終就會導(dǎo)致路面板出現(xiàn)翹曲的現(xiàn)象,引發(fā)路面分裂。路面板并不是導(dǎo)致路面分裂的主要原因,材料溫度的熱脹冷縮應(yīng)力才是導(dǎo)致路面分裂的重要因素。水泥的水化過程會放出很多的熱能,而且水泥穩(wěn)定碎石材料散熱能力弱,再加上瀝青表層有麻袋等雜物的覆蓋,使得水泥穩(wěn)定碎石材料內(nèi)部的溫度增加,從而產(chǎn)生膨脹的現(xiàn)象。而水泥穩(wěn)定碎石材料外部的溫度降低就會產(chǎn)生冷縮的效應(yīng)。熱脹冷縮的不斷交替,形成巨大的拉應(yīng)力,導(dǎo)致水泥穩(wěn)定碎石表層的開裂。

   2.3材料水分干縮引發(fā)裂縫。

    產(chǎn)生干縮性裂縫有兩個(gè)時(shí)段,一個(gè)是水泥穩(wěn)定碎石在壓實(shí)成型到養(yǎng)護(hù)時(shí)期過程中的干縮。這段時(shí)間里,由于水泥穩(wěn)定碎石材料自身水分和養(yǎng)護(hù)時(shí)澆水的水分被蒸發(fā),水泥穩(wěn)定碎石材料發(fā)生收縮,從而導(dǎo)致基層開裂。[3]另一個(gè)就是養(yǎng)護(hù)時(shí)期到瀝青封層過程中的干縮。在溫度保持在穩(wěn)定的狀態(tài)下,水泥穩(wěn)定碎石材料從最好的含水量狀態(tài)轉(zhuǎn)變到比較干燥的狀態(tài),干縮過程中產(chǎn)生基層分裂。

   2.4施工不規(guī)范引起的裂縫。

    有些施工人員為了趕進(jìn)度,搶工期,不按照施工規(guī)范進(jìn)行合理施工,使得基層質(zhì)量差,基層容易出現(xiàn)裂痕。施工人員在趕進(jìn)度的過層中,忽視了原材料的質(zhì)量,放松了對基層施工的質(zhì)量控制,鋪筑的基層比較脆弱,很容易行車被壓壞?;鶎拥钠茐木蜁?dǎo)致路面板的分裂。

   防治水泥穩(wěn)定碎石基層裂縫的方法

   3.1降低收縮裂縫,減少基層裂縫的產(chǎn)生。

   降低水泥穩(wěn)定碎石材料的收縮率,提高水泥穩(wěn)定碎石材料的抗拉力能力,減少基層分裂。我們也可以實(shí)行補(bǔ)償性的收縮策略,在材料中加入膨脹性的化學(xué)物質(zhì),使得收縮率下降,從而減少基層分裂情況。

   3.2防止反射裂縫產(chǎn)生。

   選擇優(yōu)質(zhì)的基層材料可以防止反射裂痕的產(chǎn)生,我們要選擇抗拉力和抗沖刷力強(qiáng),干縮性和溫縮性弱的水泥穩(wěn)定碎石材料。我們也可以通過改善瀝青表層的性能來減少分裂,比如瀝青面層的高度或者增加鋼筋網(wǎng)的面層。再者,我們可以設(shè)置一個(gè)應(yīng)變的中間層,來消除反射裂痕的產(chǎn)生。

   3.3合理的安排施工時(shí)間。

    在橫縣(那陽)至馬山二級公路工程水泥穩(wěn)定碎石基層施工過程中,夏季由于溫度過高,水分分散過快,基層就會產(chǎn)生干燥收縮性的裂縫,所以夏季施工時(shí)采取了上午和晚上施工,下午高溫時(shí)段停工;而冬季氣溫低于5 度時(shí)不施工的辦法,避開冬季由于溫度過低基層容易產(chǎn)生低溫收縮性裂縫,導(dǎo)致反射裂縫的產(chǎn)生。所以,合理安排施工時(shí)間是非常重要的。

   3.4從基層的設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)、施工、材料及養(yǎng)護(hù)上防治裂縫。

    從基層的設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)、施工、材料及養(yǎng)護(hù)上防治裂縫。(1)設(shè)計(jì)方面。配合比設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確性是影響水泥穩(wěn)定碎石基層開裂的因素之一。為了提高水泥穩(wěn)定碎石混合料的抗裂性,我們要嚴(yán)格控制配合比的設(shè)計(jì)。相關(guān)研究表明0.5mm左右的檔細(xì)集料對水泥穩(wěn)定碎石基層的干性收縮和溫性縮的影響很大,在進(jìn)行配合比設(shè)計(jì)的時(shí)侯,要控制集料在0.5mm和0.075mm檔的通過率,使之盡量接近低限。水泥要按照五種比例進(jìn)行試驗(yàn),以制備不同比例的混合料。采用插值法確定配合比,用重型擊實(shí)法求得最佳含水量與最大干密度。按要求壓實(shí)度制備混合料試件,養(yǎng)護(hù)6天,浸水1天后取出,在進(jìn)行無側(cè)向抗壓強(qiáng)度測試,基層強(qiáng)度在3.5~4.0MPa,底基層強(qiáng)度在2.5~3.0MPa,這樣可保證足夠的強(qiáng)度,也可避免因強(qiáng)度過高產(chǎn)生較多的反射裂縫。(2)結(jié)構(gòu)方面:在基層建設(shè)的結(jié)構(gòu)上,增加水泥穩(wěn)定碎石材料基層的厚度,車輛重復(fù)性荷載在水泥穩(wěn)定碎石基層上的拉應(yīng)力會有所降低,就能減少基層的分裂。我們也可以加強(qiáng)基層的抗拉能力,加長整個(gè)基層的分裂路線,以延緩裂縫擴(kuò)展的速度。用土工織物鞏固基層,可以限制裂縫的擴(kuò)大化,減少反射裂縫的產(chǎn)生。(3)施工方面:對施工過程進(jìn)行有效的控制。據(jù)研究發(fā)現(xiàn),水泥穩(wěn)定碎石基層的開裂指數(shù),一定程度上是受到施工控制的影響。在工程施工中,我們要增強(qiáng)集料的管理,保證集料的質(zhì)量,控制好碾壓層的水分和厚度,以提高基層的厚實(shí)性和穩(wěn)定性。[4]項(xiàng)目建設(shè)辦和總監(jiān)辦要對整個(gè)施工過程進(jìn)行嚴(yán)密的監(jiān)控,讓路面基層建設(shè)保持在一個(gè)良好的施工狀態(tài)。(4)材料方面:研究發(fā)現(xiàn)影響水泥穩(wěn)定碎石材料收縮的原因有很多。如集料的塑性和含泥量、水泥的用量和型號等。水泥穩(wěn)定碎石的收縮能力是受水泥用量和含水量的影響,水泥的用量越大,收縮的能力就會越強(qiáng),引發(fā)的裂縫就會越多。[5]水泥的含水量越多,收縮能力越強(qiáng),裂縫擴(kuò)展越快,裂痕越多。選擇優(yōu)質(zhì)的材料,減少基層分裂。在集料上,選擇粘土含量少、彈性良好的材料,還有就是盡量選擇干縮性小的水泥。(5)養(yǎng)護(hù)方面:其實(shí),很多的收縮裂縫都是由于施工人員忽視基層養(yǎng)生造成的。水泥穩(wěn)定碎石基層在強(qiáng)制形成的時(shí)候,水分消耗量大,會出現(xiàn)收縮的現(xiàn)象。在這個(gè)時(shí)候由于養(yǎng)護(hù)不當(dāng),收縮性就會變大,而材料自身的抗拉能力又弱,就很容易產(chǎn)生裂縫。所以,我們要重視基層的養(yǎng)護(hù)工作。

   結(jié)語

    水泥穩(wěn)定碎石基層屬于半剛性材料,具有很大的脆性,存在著嚴(yán)重的裂縫問題。裂縫問題的產(chǎn)生,嚴(yán)重影響了道路的美觀度與使用性。我們根據(jù)實(shí)際的工作經(jīng)驗(yàn),采取多種防治方法,緩解和減少水泥穩(wěn)定碎石基層的裂縫問題。[6]我們從基層的結(jié)構(gòu)、配合比設(shè)計(jì)、材料選取、施工以及養(yǎng)護(hù)等方面進(jìn)行綜合的分析研究,采取全面的防治措施,才能盡可能的把路面產(chǎn)生的裂縫減到最低,使得水泥穩(wěn)定碎石基層的優(yōu)點(diǎn)得到充分發(fā)揮,以增強(qiáng)路面的穩(wěn)定性耐用性。
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